Dźwięk ma masę ujemną, a wokół ciebie dryfuje w górę, w górę i w dół - choć bardzo powoli.
Taki jest wniosek z artykułu przesłanego 23 lipca do preprint czasopisma arXiv, który podważa konwencjonalne zrozumienie, że naukowcy od dawna mają fale dźwiękowe: jako bezmasowe zmarszczki przemykające się przez materię, dające molekułom siłę, ale ostatecznie równoważące każdą do przodu lub do góry ruch równym i przeciwnym ruchem w dół. To prosty model, który wyjaśni zachowanie dźwięku w większości przypadków, ale nie do końca jest to prawdą, argumentuje nowy artykuł.
Fonon - cząsteczka drgań przypominająca cząstkę, która może opisywać dźwięk w bardzo małych skalach - ma bardzo niewielką masę ujemną, co oznacza, że fale dźwiękowe poruszają się nieznacznie w górę, powiedział Rafael Krichevsky, absolwent fizyki na Columbia University.
Fonony nie są cząstkami, jakie większość ludzi sobie wyobraża, takimi jak atomy lub molekuły, powiedział Krichevsky, który opublikował artykuł wraz z Angelo Esposito, absolwentem fizyki na Columbia University i Alberto Nicolis, profesorem fizyki na Columbia.
Kiedy dźwięk porusza się w powietrzu, wibruje otaczające go molekuły, ale wibracji tych nie można łatwo opisać ruchem samych cząsteczek, Krichevsky powiedział w Live Science w e-mailu.
Zamiast tego, podobnie jak fale świetlne można opisać jako fotony lub cząstki światła, fonony są sposobem na opisanie fal dźwiękowych, które powstają w wyniku skomplikowanych interakcji cząsteczek płynu, powiedział Krichevsky. Nie powstaje żadna cząstka fizyczna, ale badacze mogą to wykorzystać do opisu matematyki cząstek.
Okazuje się, że naukowcy wykazali, że te powstające fonony mają niewielką masę - co oznacza, że kiedy przyciągają je grawitacja, poruszają się w przeciwnym kierunku.
„W polu grawitacyjnym fonony powoli przyspieszają w przeciwnym kierunku, niż można by się spodziewać, powiedzmy, cegły spadającej” - powiedział Krichevsky.
Aby zrozumieć, jak to może działać, wyobraź sobie normalny płyn, w którym grawitacja działa w dół. Cząsteczki płynów będą ściskać cząstki poniżej, tak że będą nieco gęstsze niżej. Fizycy już wiedzą, że dźwięk zwykle porusza się szybciej przez gęstsze media niż przez media mniej gęste - więc prędkość dźwięku powyżej fononu będzie wolniejsza niż prędkość dźwięku przez nieco gęstsze cząstki poniżej. To powoduje, że fonon „odchyla się” w górę, powiedział Krichevsky.
Ten proces dzieje się również z falami dźwiękowymi na dużą skalę, powiedział Krichevsky. Obejmuje to każdy dźwięk wydobywający się z twoich ust - choć tylko nieznacznie. Na wystarczająco długim dystansie twój głos „witaj” wyginałby się w niebo.
Naukowcy napisali w nowym artykule, który nie został poddany wzajemnej ocenie, efekt jest zbyt mały, aby zmierzyć go przy pomocy istniejącej technologii.
Ale nie jest niemożliwe, aby na drodze można było wykonać bardzo precyzyjny pomiar przy użyciu superprecyzyjnych zegarów, które wykryłyby niewielką krzywiznę ścieżki fononu. (The New Scientist zasugerował, że muzyka heavy metalowa byłaby zabawnym kandydatem do takiego eksperymentu w ich oryginalnym raporcie na ten temat.)
Naukowiec napisał, że odkrycie to ma poważne konsekwencje. W gęstych rdzeniach gwiazd neutronowych, gdzie fale dźwiękowe poruszają się z prawie prędkością światła, antygrawitacyjna fala dźwiękowa powinna mieć realny wpływ na zachowanie całej gwiazdy.
Na razie jest to jednak całkowicie teoretyczne - coś, nad czym należy się zastanowić, gdy dźwięk spada wokół nas.
